JP2002189287A - Mask blank evaluating method and apparatus - Google Patents

Mask blank evaluating method and apparatus

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JP2002189287A
JP2002189287A JP2000389823A JP2000389823A JP2002189287A JP 2002189287 A JP2002189287 A JP 2002189287A JP 2000389823 A JP2000389823 A JP 2000389823A JP 2000389823 A JP2000389823 A JP 2000389823A JP 2002189287 A JP2002189287 A JP 2002189287A
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Japan
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pressure
thin film
measuring
measured
mask blank
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JP2000389823A
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Shinichi Takahashi
進一 高橋
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Original Assignee
Nikon Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mask blank evaluating method and apparatus which are capable of easily evaluating the entire part of mask blanks and are high in throughput. SOLUTION: The pressure to be added to a measuring sample is changed by changing the pressure in a pressure chamber 1. The pressure in the pressure chamber 1 is measured by a pressure gage 7. The silicon film in the measuring sample is irradiated with a laser beam 9 through a translucent film 10 and the reflected light meeting a bulging from the silicon film is imaged by a one- dimensional photodetector 11, such as a photodiode array. A personal computer 4 calculates the bulging of the measuring sample from the spread of the reflected light detected by the one-dimensional photodetector 11. This measurement is carried out plural times by changing the pressure and the personal computer 4 determines the residual stress in the measuring sample and the Young's modulus of the measuring sample from the pressure and the bulging of the measuring sample.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電子線、イオンビー
ム、X線等を用いた縮小投影露光装置に用いられる転写
マスクブランクス(本明細書においてマスクとはレチク
ルを含む概念である)の評価装置に関するものであり、
更に詳しくは、マスクブランクスの内部応力の測定装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for evaluating a transfer mask blank (a mask in this specification is a concept including a reticle) used in a reduction projection exposure apparatus using an electron beam, an ion beam, an X-ray, or the like. About
More specifically, the present invention relates to an apparatus for measuring the internal stress of a mask blank.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、集積回路の高集積化に伴い、従
来、微細パターンを形成する手段の主流であった、光を
用いたフォトリソグラフィに技術に代わって、荷電粒子
線、例えぱ電子線やイオンビーム、あるいはX線を利用
する新しい露光方式が検討され、実用化されている。こ
れらの露光に用いられる転写マスクは、シリコンからな
る薄膜状の基板に、所定のパターン形状に対応して、電
子線、イオンビーム、X線等の透過部の開口を明けたス
テンシルタイプのマスクが用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in the degree of integration of integrated circuits, charged particle beams, for example, electron beams, have been replaced by photolithography using light, which has conventionally been the mainstream of means for forming fine patterns. A new exposure method using an ion beam, an ion beam, or X-rays has been studied and put to practical use. The transfer mask used for these exposures is a stencil-type mask in which a transparent portion opening for an electron beam, an ion beam, an X-ray, or the like is formed on a thin film substrate made of silicon in accordance with a predetermined pattern shape. Used.

【0003】図6にこれらの転写マスクとして用いられ
るレチクルの概略図を示す。このレチクルは、6inch〜
12inchの任意の大きさのシリコンウェハ21を用いて作
製する。レチクルは、梁構造を持つ支持部22で補強さ
れ、1回の露光で露光される窓部の大きさはサブmm〜数
mm程度で、サブフィールドと呼ばれる。サブフィールド
を構成する窓部内の自立薄膜部分23には、所望の転写
パターンが形成される。
FIG. 6 is a schematic view of a reticle used as a transfer mask. This reticle is 6inch ~
It is manufactured using a silicon wafer 21 of an arbitrary size of 12 inches. The reticle is reinforced by a support portion 22 having a beam structure, and the size of a window exposed in one exposure is from sub mm to several mm.
It is called a subfield in the order of mm. A desired transfer pattern is formed on the free-standing thin film portion 23 in the window constituting the subfield.

【0004】これらのマスクブランクスに使用されるシ
リコンメンブレンは図7に示すような方法で作製され
る。この例では、熱溶融による張り合わせ法で作成され
たSOIウェハ24を用いている。図7(a)に示される
ように、SOIウェハ24は支持シリコン基板25と酸
化シリコン層26とシリコン活性層27からなってい
る。
The silicon membrane used for these mask blanks is manufactured by a method as shown in FIG. In this example, an SOI wafer 24 formed by a lamination method using heat melting is used. As shown in FIG. 7A, the SOI wafer 24 includes a supporting silicon substrate 25, a silicon oxide layer 26, and a silicon active layer 27.

【0005】図7(b)のようにSOIウェハ24の支持
シリコン基板25側に、ドライエッチング時のマスク材
としてレジスト28を塗布し、一部を窓パターン形状2
9にエッチングする。本実施例では、レジスト28をマ
スク材として用いたが、エッチング条件によっては、シ
リコン酸化膜を数μm程度成膜し、シリコン酸化膜をマ
スク材として用いても構わない。
As shown in FIG. 7B, a resist 28 is applied as a mask material at the time of dry etching on the supporting silicon substrate 25 side of the SOI wafer 24, and a part thereof is formed into a window pattern shape 2.
Etch 9 In this embodiment, the resist 28 is used as a mask material. However, depending on etching conditions, a silicon oxide film having a thickness of about several μm may be formed and a silicon oxide film may be used as a mask material.

【0006】その後レジスト28をマスクとして、シリ
コン支持基板25をシリコンエッチング条件でドライエ
ッチングする。シリコンエッチング条件では、酸化シリ
コンは殆どエッチングされないので、酸化シリコン層2
6がエッチングストップ層となり、図7(c)のような窓
形状30を持った薄膜が形成される。
After that, using the resist 28 as a mask, the silicon support substrate 25 is dry-etched under silicon etching conditions. Since the silicon oxide is hardly etched under the silicon etching condition, the silicon oxide layer 2
6 serves as an etching stop layer, and a thin film having a window shape 30 as shown in FIG. 7C is formed.

【0007】その後、酸化シリコン層26を弗化アンモ
ニウムとフッ酸の混合溶液等で除去すると図7(d)のよ
うに、シリコン活性層27がメンブレン形状となる。そ
の後、シリコンメンブレン27をパターニングすること
によって、ステンシルタイプの転写マスクが完成する。
本工程の最初にシリコン活性層27をパターニングして
もよい。
Thereafter, when the silicon oxide layer 26 is removed with a mixed solution of ammonium fluoride and hydrofluoric acid, the silicon active layer 27 becomes a membrane as shown in FIG. Thereafter, the stencil type transfer mask is completed by patterning the silicon membrane 27.
The silicon active layer 27 may be patterned at the beginning of this step.

【0008】しかしながら、図7に示されたような、従
来用いられているSOIウェハ24では、シリコン支持
基板25とシリコン活性層27を千数百度の温度に加熱
して熱溶融によって酸化シリコン層26を介して張り合
わせを行っている。そのために、シリコン活性層27と
酸化シリコン層26との熱膨張係数の違いによって、常
温に戻ったときにシリコン活性層27に圧縮の熱残留応
力が生じてしまう。そのために、自立薄膜にした時に薄
膜が撓んでしまうという大きな問題点がある。また、種
々の手法によって、圧縮応力から引っ張り応カヘの膜応
力の制御が可能になってきているが、逆に引っ張りの応
力が強すぎると、微細パターンを形成した際に、応力に
よるパターンの変形という問題点が発生する。つまり、
メンブレンの内部応力を評価する技術は、マスクブラン
クスを作製する上で非常に重要な技術となっている。
However, in the conventional SOI wafer 24 as shown in FIG. 7, the silicon support substrate 25 and the silicon active layer 27 are heated to a temperature of a few hundred degrees and the silicon oxide layer 26 is thermally melted. We are doing vending through. Therefore, due to the difference in the thermal expansion coefficient between the silicon active layer 27 and the silicon oxide layer 26, a thermal residual stress of compression is generated in the silicon active layer 27 when the temperature returns to normal temperature. Therefore, there is a big problem that the thin film is bent when the self-standing thin film is formed. In addition, various techniques have made it possible to control the film stress of the tensile response from the compressive stress, but if the tensile stress is too strong, the deformation of the pattern due to the stress when forming a fine pattern The problem occurs. That is,
A technique for evaluating the internal stress of a membrane is a very important technique for producing a mask blank.

【0009】従来、自立薄膜の内部応力とヤング率を測
定する一つの手段として、バルジ法が用いられてきた。
以下に簡単にバルジ法の実験原理を説明する。バルジ法
では、静荷重を加えたときの薄膜の変形量から、薄膜の
残留内部応力とヤング率を同時に導くことができる。薄
膜に荷重を加えたときの弾性エネルギーの総和は、荷重
による歪みエネルギーと内部応力に起因する歪みエネル
ギーの和として表され、弾性エネルギーの総和が加圧エ
ネルギーと等しくなる条件で安定する。これを式で表す
と(1)式のようになる。
Conventionally, a bulge method has been used as one means for measuring the internal stress and Young's modulus of a self-supporting thin film.
The experimental principle of the bulge method will be briefly described below. In the bulge method, the residual internal stress of the thin film and the Young's modulus can be simultaneously derived from the amount of deformation of the thin film when a static load is applied. The sum of the elastic energies when a load is applied to the thin film is expressed as the sum of the strain energy caused by the load and the strain energy caused by the internal stress, and is stabilized under the condition that the sum of the elastic energies becomes equal to the pressurizing energy. This can be expressed by equation (1).

【0010】ここでPは圧力、σは内部応力、tは膜
厚、hは膨らみ量、aは窓の一辺の長さ、Eはヤング率
であり、C1、C2は自立薄膜の窓形状とポアソン比から
決まる定数である。右辺第1項が内部応力による弾性エ
ネルギー、第2項が変形による弾性エネルギーにそれぞ
れ対応し、左辺は加圧エネルギーに対応している。 P = C1σth/a2+C2Eth3/a4 …(1) (1)式から分かるように、付加圧力を変化させた時の薄
膜の膨らみ量を測定することによって、内部応力とヤン
グ率を同時に導くことが可能となる。定性的には、ヤン
グ率が高いほど膨らみ量は少なく、同様に内部応力が高
いほど膨らみ量は少ない。
Here, P is a pressure, σ is an internal stress, t is a film thickness, h is a swelling amount, a is a length of one side of a window, E is a Young's modulus, and C 1 and C 2 are windows of a self-supporting thin film. It is a constant determined from the shape and Poisson's ratio. The first term on the right side corresponds to elastic energy due to internal stress, the second term corresponds to elastic energy due to deformation, and the left side corresponds to pressurizing energy. P = C 1 σth / a 2 + C 2 Eth 3 / a 4 … (1) As can be seen from equation (1), by measuring the amount of swelling of the thin film when the applied pressure is changed, the internal stress and It is possible to simultaneously guide the Young's modulus. Qualitatively, the higher the Young's modulus, the smaller the swelling amount, and similarly, the higher the internal stress, the smaller the swelling amount.

【0011】従来の内部応力・ヤング率測定装置の実験
装置の構成図を図8に示す。圧力調整槽31上部に測定
試料32を設置する。測定試料32と圧力調整槽31の
接触部は、Oリング33等を用いて密閉してある。チッ
プ(測定資料32)は4隅をネジ34で固定された押え
板35で支持されている。圧力調整装置36は、レギュ
レーターを介して、調整槽31内の圧力を所望の圧力に
調整する。また、圧力調整槽31には圧力計37が設置
され、常時圧力をモニターしている。圧力調整装置36
によって圧力を変化させた時の測定試料32(自立薄膜)
の膨らみ量は、触診式の段差測定器、非接触干渉計式表
面形状測定器、Z方向のマイクロメータ付きの顕微鏡等
の膨らみ量測定手段38を用いて測定する。そして、測
定結果を(1)式にフィッティングすることによって、未
知数である内部応力とヤング率を求める。
FIG. 8 shows a configuration diagram of an experimental device of a conventional internal stress / Young's modulus measuring device. The measurement sample 32 is set on the pressure adjustment tank 31. The contact portion between the measurement sample 32 and the pressure adjustment tank 31 is sealed with an O-ring 33 or the like. The chip (measurement material 32) is supported at four corners by a holding plate 35 fixed with screws 34. The pressure adjusting device 36 adjusts the pressure in the adjustment tank 31 to a desired pressure via a regulator. Further, a pressure gauge 37 is installed in the pressure adjusting tank 31 and constantly monitors the pressure. Pressure regulator 36
Sample 32 (self-supporting thin film) when pressure is changed by
Is measured using a bulging amount measuring means 38 such as a palpation type step difference measuring device, a non-contact interferometer type surface shape measuring device, and a microscope equipped with a micrometer in the Z direction. Then, the internal stress and Young's modulus, which are unknowns, are obtained by fitting the measurement result to the equation (1).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図8に
示したような従来の膨らみ量の測定手段には、種々の問
題点がある。例えば、触診式の段差測定器を用いた場
合、プローブの触診圧によってシリコン膜自体が変形
し、ある圧力での正しい膨らみ量を測定することは困難
である。また、非接触干渉形式の表面形状測定器では、
一点の測定に10数秒かかるので、マスクブランクス全体
を測定する際には、非常に膨大な時間を必要とする。ま
た、測定を開始するまでに、測定試料の水平を出すアラ
イメントが必要なので、ステージも4軸必要になる。マ
イクロメータ付きの顕微鏡でも同様に測定時間がかか
り、また自動化するのが困難である。
However, the conventional swelling amount measuring means as shown in FIG. 8 has various problems. For example, when using a palpation type step difference measuring device, the silicon film itself is deformed by the palpation pressure of the probe, and it is difficult to measure a correct swelling amount at a certain pressure. In a non-contact interference type surface profile measuring instrument,
Since it takes several tens of seconds to measure one point, it takes a very enormous amount of time to measure the entire mask blank. In addition, before starting the measurement, it is necessary to perform an alignment for making the measurement sample horizontal, so that four stages are required. Similarly, a microscope with a micrometer requires a long measurement time and is difficult to automate.

【0013】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、マスクブランクス全体を簡便に評価することが
でき、スループットの高いマスクブランクス評価方法及
び装置を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a mask blank evaluation method and apparatus which can easily evaluate the entire mask blank and have high throughput.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、マスクブランクスの薄膜部分の内部応
力を測定する方法であって、薄膜部分に流体を介して圧
力を加え、そのときの薄膜部分の変形量を、当該薄膜に
照射した光線の反射光の広がりを検出することにより測
定し、前記圧力と測定された変形量を使用して、マスク
ブランクスの薄膜部分の内部応力を測定することを特徴
とするマスクブランクス評価方法(請求項1)である。
A first means for solving the above problem is a method for measuring the internal stress of a thin film portion of a mask blank, which comprises applying a pressure to the thin film portion via a fluid, The amount of deformation of the thin film portion at that time is measured by detecting the spread of the reflected light of the light beam applied to the thin film, and the internal stress of the thin film portion of the mask blank is determined using the pressure and the measured deformation amount. It is a mask blank evaluation method (claim 1) characterized by measuring.

【0015】本手段と従来例との違いは、薄膜部分の変
形量(膨らみ量)を測定するのに、当該薄膜に照射した
光線の反射光の広がりを検出する手法を用いていること
である。後に発明の実施の形態の欄で説明するように、
薄膜部分に流体を介して圧力を加えたときの当該薄膜の
変形量と、光線の反射光の広がりとの間には、所定の関
係式が成り立つ。そして、その測定には光てこの原理が
用いられているので、小さな変形量を精度良く、かつ迅
速に測定することができる。よって、従来の測定法に比
して、精度が良くて、かつ測定時間の短いマスクブラン
クス評価方法とすることができる。また、基本的な測定
原理は従来法と変わっていないので、内部応力とともに
ヤング率が測定できることは言うまでもない。
The difference between this means and the conventional example is that a method of detecting the spread of reflected light of a light beam applied to the thin film is used for measuring the amount of deformation (bulge) of the thin film portion. . As will be described later in the embodiments of the invention,
A predetermined relational expression is established between the amount of deformation of the thin film when pressure is applied to the thin film portion via a fluid and the spread of the reflected light. Since the optical lever principle is used for the measurement, a small deformation amount can be measured accurately and quickly. Therefore, it is possible to provide a mask blank evaluation method that has higher accuracy and shorter measurement time than the conventional measurement method. In addition, since the basic measurement principle is the same as the conventional method, it goes without saying that the Young's modulus can be measured together with the internal stress.

【0016】前記課題を解決するための第2の手段は、
マスクブランクスの薄膜部分の内部応力を測定する装置
であって、 測定される薄膜部分に所定の複数の圧力を、流体を介
して付加する圧力付加装置と、 付加された圧力を測定する圧力測定装置と 測定される薄膜に光線を照射する光線照射装置と 測定される薄膜で反射された光線の広がりを測定する
反射光分布測定装置と 前記光線の広がりから、測定される薄膜の変形量を算
出する変形量算出手段と、 前記測定された複数の圧力と、そのときの薄膜の変形
量から、測定される薄膜の内部応力を算出する内部応力
算出手段とを有してなることを特徴とするマスクブラン
クス評価装置(請求項2)である。
A second means for solving the above-mentioned problem is as follows.
An apparatus for measuring the internal stress of a thin film portion of a mask blank, comprising: a pressure applying device for applying a plurality of predetermined pressures to a thin film portion to be measured via a fluid; and a pressure measuring device for measuring the applied pressure. A light beam irradiating device for irradiating a thin film to be measured with a light beam; a reflected light distribution measuring device for measuring a spread of a light beam reflected by the measured thin film; and a deformation amount of the measured thin film from the spread of the light beam. A mask comprising: a deformation amount calculating unit; and an internal stress calculating unit that calculates an internal stress of the thin film to be measured from the plurality of measured pressures and the deformation amount of the thin film at that time. This is a blank evaluation apparatus (Claim 2).

【0017】本手段においては、圧力付加装置により、
測定される薄膜部分に所定の圧力を付加し、その圧力を
圧力測定装置で測定する。「複数の圧力を」という意味
は、異なる圧力を何段階かに亘って付加し、その都度測
定を行うことを意味する。一方、圧力をかけられて変形
した薄膜の変形量は、光線照射装置から照射され、薄膜
で反射された光線の広がりを、反射光分布測定装置で測
定し、その広がりに基づいて変形量算出手段により算出
する。そして、内部応力算出手段が、測定された複数の
圧力と、そのときの薄膜の変形量から、測定される薄膜
の内部応力を算出する。前述のように、圧力を何段階か
にわたって切り替え、その都度変形量を測定することに
より、フィッティング計算等で、内部応力とヤング率を
同時に求めることができる。
In this means, the pressure applying device
A predetermined pressure is applied to the thin film portion to be measured, and the pressure is measured by a pressure measuring device. The expression "a plurality of pressures" means that different pressures are applied in several steps and a measurement is performed each time. On the other hand, the amount of deformation of the thin film deformed by applying pressure is measured by a reflected light distribution measuring device, and the spread of the light beam emitted from the light beam irradiation device and reflected by the thin film is measured. It is calculated by: Then, the internal stress calculating means calculates the measured internal stress of the thin film from the plurality of measured pressures and the deformation amount of the thin film at that time. As described above, the internal stress and the Young's modulus can be simultaneously obtained by fitting calculation or the like by switching the pressure in several stages and measuring the deformation amount each time.

【0018】本手段においても、前記第1の手段と同じ
ように、従来の測定装置に比して、精度が良く、短い測
定時間でマスクブランクスの評価を行うことができる。
なお、マスクブランクスにおいてサブフィールドを構成
する自立薄膜部全体の評価を行うには、例えば、光学系
を固定し、マスクブランクスと圧力付加・測定系をX−
Y方向2軸移動装置に搭載して移動させるか、マスクブ
ランクスと圧力付加・測定系を固定し、光学系をX−Y
方向2軸移動装置に搭載して移動させるようにすればよ
い。
In the present means, as in the case of the first means, the mask blank can be evaluated with high accuracy and in a short measuring time as compared with the conventional measuring apparatus.
In order to evaluate the entire self-supporting thin film portion constituting the subfield in the mask blank, for example, the optical system is fixed, and the mask blank and the pressure applying / measuring system are X-
Mount it on a two-axis moving device in the Y direction and move it, or fix the mask blanks and pressure application / measurement system, and change the optical system to XY
What is necessary is just to mount it on a two-axis moving device and move it.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図1に本発明の実施の形態の1例
であるマスクブランクス評価装置の概略ブロック図を示
す。図1において、1は圧力槽、2はX−Yステージ、
3はX−Yステージコントローラー、4はパーソナルコ
ンピュータ、5は低電圧発生電源、6はレギュレータ
ー、7は圧力計、8は電圧計、9はレーザー光、10は
半透過鏡、11は1次元光検出器、12は1次元光検出
器コントローラーである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic block diagram of a mask blank evaluation apparatus which is an example of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a pressure vessel, 2 is an XY stage,
3 is an XY stage controller, 4 is a personal computer, 5 is a low voltage generating power supply, 6 is a regulator, 7 is a pressure gauge, 8 is a voltmeter, 9 is a laser beam, 10 is a semi-transmissive mirror, and 11 is a one-dimensional beam. The detector 12 is a one-dimensional photodetector controller.

【0020】測定試料は圧力槽1上部に設置され、圧力
槽1はX−Yステージ2上に設置されている。X−Yス
テージ2は、X−Yステージコントローラー3を介し
て、パーソナルコンピュータ4によって制御可能とされ
ている。圧力槽1の圧力は、パーソナルコンピュータ4
によって、低電圧電源5が発生する電圧を制御し、電気
式のレギュレーター6に印加される電圧を調整すること
によって制御される。圧力槽1内の圧力を変化させるこ
とにより、測定試料に付加する圧力を変更する。圧力槽
1内の圧力は圧力計7によって測定され、測定結果は電
圧に変換されて、電圧計8を介してパーソナルコンピュ
ータ4に入力される。
The measurement sample is set on the pressure tank 1, and the pressure tank 1 is set on the XY stage 2. The XY stage 2 can be controlled by a personal computer 4 via an XY stage controller 3. The pressure in the pressure vessel 1 is controlled by a personal computer 4
Thus, the voltage generated by the low-voltage power supply 5 is controlled and the voltage applied to the electric regulator 6 is controlled. By changing the pressure in the pressure vessel 1, the pressure applied to the measurement sample is changed. The pressure in the pressure vessel 1 is measured by a pressure gauge 7, and the measurement result is converted into a voltage and input to the personal computer 4 via a voltmeter 8.

【0021】測定試料のシリコン膜には、レーザー光9
を半透過鏡10を介して照射し、シリコン膜からの、膨
らみに応じた反射光をフォトダイオードアレイなどの1
次元光検出器11によって撮像する。本実施例では、1
次元光検出器11を用いているが、2次元光検出器を用
いても構わない。1次元光検出器11で検出されたシリ
コン膜からの反射光は、1次元光検出器コントローラー
12によってデータ変換され、パーソナルコンピュータ
4に送られる。この実施の形態では、前述のように、一
台のパーソナルコンピュータ4でシステム全体の制御、
データ所得、計算を実施している。
Laser light 9 is applied to the silicon film of the measurement sample.
Is irradiated through the semi-transmissive mirror 10, and reflected light from the silicon film according to the bulge is reflected on a photodiode array or the like.
An image is taken by the two-dimensional photodetector 11. In this embodiment, 1
Although the two-dimensional photodetector 11 is used, a two-dimensional photodetector may be used. The reflected light from the silicon film detected by the one-dimensional photodetector 11 is converted into data by the one-dimensional photodetector controller 12 and sent to the personal computer 4. In this embodiment, as described above, one personal computer 4 controls the entire system,
Data income, calculations are implemented.

【0022】次に、図1に示したマスクブランクス評価
装置におけるデータ処理の流れを説明する。パーソナル
コンピュータ4により、レギュレーター6への付加電圧
を制御し、所望の初期圧力を圧力槽1に付加する。その
ときの圧力は、圧力計7で測定され、電圧計8を介して
パーソナルコンピュータ4に入力されて記録される。レ
ーザー光9は常に測定試料に照射され、膨らみ量に応じ
たシリコン膜からの反射光が1次元検出器11によって
検出される。
Next, the flow of data processing in the mask blank evaluation apparatus shown in FIG. 1 will be described. The personal computer 4 controls the voltage applied to the regulator 6 to apply a desired initial pressure to the pressure vessel 1. The pressure at that time is measured by a pressure gauge 7 and input to the personal computer 4 via a voltmeter 8 and recorded. The laser light 9 is constantly irradiated on the measurement sample, and the one-dimensional detector 11 detects reflected light from the silicon film according to the swelling amount.

【0023】1次元光検出器11で検出された測定試料
(シリコン膜)からの反射光の強度分布データも、1次
元光検出器コントローラー12を介してパーソナルコン
ピュータ4に入力される。パーソナルコンピュータ4
は、1次元検出器11で検出した反射光の分布幅から、
シリコン膜の膨らみ量を計算し、圧力を記録したファイ
ルに記録する。この一連のステップによって、所望の初
期応力のときの窓膨らみ量が記録されたことになる。
The intensity distribution data of the reflected light from the measurement sample (silicon film) detected by the one-dimensional photodetector 11 is also input to the personal computer 4 via the one-dimensional photodetector controller 12. Personal computer 4
From the distribution width of the reflected light detected by the one-dimensional detector 11,
The swelling amount of the silicon film is calculated and recorded in a file in which the pressure is recorded. Through this series of steps, the amount of window bulge at the desired initial stress is recorded.

【0024】この後、レギュレーター6への付加電圧を
変化させ、数点圧力を変化させたときのシリコン膜の膨
らみ量を同様に記録することによって、1つのレチクル
サブフィールドのデータ所得が終わる。
Thereafter, by changing the applied voltage to the regulator 6 and recording the amount of swelling of the silicon film when several points of pressure are changed, the data acquisition of one reticle subfield is completed.

【0025】1サブフィールドのデータ所得が 終了す
ると、パーソナルコンピュータ4によってX−Yステー
ジ2を制御し、マスクブランクス内の所望のサブフィー
ルドヘステージを移動させる。次のサブフィールドで
も、前述したのと同様の制御・測定を行い、これを繰り
返して、マスクブランクス全体のサブフィールドについ
てデータを採取する。
When the data acquisition for one subfield is completed, the XY stage 2 is controlled by the personal computer 4 to move the stage to a desired subfield in the mask blank. In the next subfield, the same control and measurement as described above are performed, and this is repeated to collect data for the subfield of the entire mask blank.

【0026】そして、パーソナルコンピュータ4は、こ
れらの測定データに基づいて、マスクブランクス全体の
サブフィールドごとの膜質(残留内部応力・ヤング率)を
導出する。この計算は、最小2乗法等を用いて、各測定
データを前記(1)式にフィティングさせることにより行
う。
The personal computer 4 derives the film quality (residual internal stress / Young's modulus) for each subfield of the entire mask blank based on these measurement data. This calculation is performed by fitting each measurement data to the above equation (1) using the least squares method or the like.

【0027】図2に、1つのサブフィールドでの一連の
測定結果例を示す。横軸は付加した圧力であり、縦軸は
そのときの、サブフィールドを構成する窓の膨らみ量で
ある。圧力の増加とともに窓膨らみ量が増加する様子が
分かる。実線は、フィッティングの結果を示す。図を見
ると、フィッティング計算が精度良く行われていること
が分かる。
FIG. 2 shows an example of a series of measurement results in one subfield. The horizontal axis is the applied pressure, and the vertical axis is the swelling amount of the window constituting the subfield at that time. It can be seen that the amount of window swelling increases with increasing pressure. The solid line shows the result of the fitting. From the figure, it can be seen that the fitting calculation is performed with high accuracy.

【0028】次に図1に示した実施の形態において、シ
リコン膜に光線を照射し、その反射光から膜膨らみ量を
導出する原理を図3を用いて説明する。図3において、
13は圧力によって膨らんだ状態のシリコン膜、14は
シリコン膜基板、15はレーザー照射光、16は入射し
たレーザー光の最も外側部分とシリコン膜との交点、1
7は曲率半径中心、18は反射光、19は投影面であ
る。
Next, in the embodiment shown in FIG. 1, the principle of irradiating the silicon film with a light beam and deriving the film swelling amount from the reflected light will be described with reference to FIG. In FIG.
13 is a silicon film inflated by pressure, 14 is a silicon film substrate, 15 is laser irradiation light, 16 is an intersection between the outermost part of the incident laser light and the silicon film, 1
Reference numeral 7 denotes a center of curvature radius, reference numeral 18 denotes reflected light, and reference numeral 19 denotes a projection surface.

【0029】図3においては、一辺の長さが2Cのサプ
フィールドについて中心線から半分だけを図示した。シ
リコン膜13は付加圧力によって曲率半径Rの曲面に変
形していると仮定している。シリコン膜基板14に垂直
な方向から半径bのレーザー照射光15を入射すると、
シリコン膜13は球面鏡の作用をなし、図で示したよう
にレーザー光は発散される。
FIG. 3 shows only a half of the subfield having a side length of 2C from the center line. It is assumed that the silicon film 13 is deformed into a curved surface having a radius of curvature R by the applied pressure. When a laser irradiation light 15 having a radius b is incident from a direction perpendicular to the silicon film substrate 14,
The silicon film 13 acts as a spherical mirror, and the laser light is diverged as shown in the figure.

【0030】シリコン膜13に入射したレーザー光の最
も外側部分とシリコン膜との交点16と、シリコン膜の
変形に近似した曲率の曲率半径中心17を結ぶ直線と、
レーザー光の入射光路とのなす角をθとすると、入射レ
ーザー光15は、入射光路から2θの角度に反射光18
となって発散される。投影面19(本実施例では1次元
光検出器)での反射光の広がり幅の半分をd、シリコン
基板14から発散レーザー光の投影面19までの距離を
Lとすると、中心部分でのシリコン膜の膨らみ量hは、
近似的に(2)式のように表される。
A straight line connecting an intersection 16 between the outermost portion of the laser beam incident on the silicon film 13 and the silicon film and a center of curvature radius 17 having a curvature similar to the deformation of the silicon film;
Assuming that the angle between the laser light and the incident optical path is θ, the incident laser light 15 is reflected light 18 at an angle of 2θ from the incident optical path.
It is diverged as Assuming that half of the spread width of the reflected light on the projection surface 19 (in this embodiment, a one-dimensional photodetector) is d, and that the distance from the silicon substrate 14 to the projection surface 19 of the diverging laser light is L, the silicon at the center is The swelling amount h of the film is
Approximately expressed as equation (2).

【0031】[0031]

【数1】 (Equation 1)

【0032】図4(a)、(b)に圧力を付加したときのシリ
コン膜の膨らみ方の概略図(a)、およびスクリーン上に
投影された反射レーザー光の概略図(b)を示した。シリ
コン膜の膨らみは等高線で表した。図上で、A−A”断
面の傾きは、B−B”断面の傾きより角度がきついの
で、シリコン膜での発散角度も大きくなりスクリーンに
投影された反射光の幅も広がる。従って、図(b)に示し
たような、星形の投影像が得られる。前記、図3におけ
る窓膨らみ量の導出原理で用いた、投影面でのビームの
広がり幅は、A−A”断面のものを表している。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) are schematic diagrams (a) showing how the silicon film expands when pressure is applied, and schematic diagrams (b) of the reflected laser light projected on the screen. . The bulge of the silicon film is represented by a contour line. In the figure, the inclination of the AA "cross section is steeper than the inclination of the BB" cross section, so that the divergence angle on the silicon film becomes larger and the width of the reflected light projected on the screen becomes wider. Therefore, a star-shaped projection image as shown in FIG. The divergence width of the beam on the projection plane, which is used in the principle of deriving the amount of window bulging in FIG.

【0033】図5に、反射光の広がり測定に必要な測定
精度について見積もり計算を行った結果の例を示す。こ
れは、1mm角の正方形のシリコン薄膜に、直径1mmのレ
ーザー光が入射したときのレーザー広がり角の計算結果
を示すものである。横軸にシリコン窓中心部分の膨らみ
量をとり、縦軸にレーザー反射光の広がり角をとった。
グラフから、10μmの膨らみ量のときに約80mrad程度の
ビーム広がり角となる。これは、投影面(1次元光検出
器受光面)迄の距離が138mmの時、約23mmの広がり幅とな
る。例えば1024ch(1chの幅25μm)の1次元光検出器を使
用した場合、1chあたりの膨らみ量の測定精度は0.1μm
程度であり、これは応力値に換算して約±1MPa程度と
なる。よって、非常に簡単な機構によって、高い膨らみ
量の測定精度が達成されることが分かる。投影面までの
距離を長くすればするほど、広がり幅の測定精度が高く
なるのはいうまでもない。
FIG. 5 shows an example of the result of estimating and calculating the measurement accuracy required for measuring the spread of the reflected light. This shows a calculation result of a laser divergence angle when a laser beam having a diameter of 1 mm is incident on a 1 mm square silicon thin film. The horizontal axis indicates the bulging amount of the central portion of the silicon window, and the vertical axis indicates the spread angle of the laser reflected light.
From the graph, the beam divergence angle is about 80 mrad when the swelling amount is 10 μm. This is a spread width of about 23 mm when the distance to the projection plane (the one-dimensional photodetector light receiving plane) is 138 mm. For example, when a one-dimensional photodetector of 1024 channels (each channel has a width of 25 μm) is used, the measurement accuracy of the swelling amount per channel is 0.1 μm.
, Which is about ± 1 MPa in terms of a stress value. Therefore, it can be seen that a very simple mechanism can achieve a high bulging measurement accuracy. It goes without saying that the longer the distance to the projection plane, the higher the accuracy of measuring the spread width.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、自立薄膜の膨らみ量を測定するのに、光てこを利用
した簡単な装置を用いているので、正確にかつ迅速に自
立薄膜の膨らみ量を測定することができる。よって、マ
スクブランクスの膜質評価(残留内部応力・ヤング率)
を、簡便に、かつスループット良く行うことができる。
As described above, in the present invention, a simple device utilizing an optical lever is used to measure the amount of swelling of the free-standing thin film, so that the swelling of the free-standing thin film can be accurately and quickly performed. The amount can be measured. Therefore, evaluation of film quality of mask blanks (residual internal stress and Young's modulus)
Can be performed simply and with good throughput.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態の1例であるマスクブラン
クス評価装置の概略ブロック図を示す図である。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a mask blank evaluation apparatus which is an example of an embodiment of the present invention.

【図2】1つのサブフィールドでの付加圧力と膨らみ量
の関係の例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a relationship between an applied pressure and a bulging amount in one subfield.

【図3】シリコン膜に光線を照射し、その反射光から膜
膨らみ量を導出する原理を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a principle of irradiating a silicon film with a light beam and deriving a film swelling amount from reflected light.

【図4】圧力を付加したときのシリコン膜の膨らみ方、
およびスクリーン上に投影された反射レーザー光の投影
線を示す概略図である。
FIG. 4 shows how the silicon film swells when pressure is applied,
FIG. 3 is a schematic diagram showing projection lines of reflected laser light projected on a screen.

【図5】反射光の広がり測定に必要な測定精度について
見積もり計算を行った結果の例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a result obtained by estimating and calculating measurement accuracy required for measuring the spread of reflected light.

【図6】転写マスクとして用いられるレチクルの例を示
す概略図である。
FIG. 6 is a schematic view showing an example of a reticle used as a transfer mask.

【図7】マスクブランクスの制作方法の例を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method for producing a mask blank.

【図8】従来の内部応力・ヤング率測定装置の実験装置
の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an experimental device of a conventional internal stress / Young's modulus measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…圧力槽、2…X−Yステージ、3…X−Yステージ
コントローラー、4…パーソナルコンピュータ、5…低
電圧発生電源、6…レギュレーター、7…圧力計、8…
電圧計、9…レーザー光、10…半透過鏡、11…1次
元光検出器、12…1次元光検出器コントローラー、1
3…シリコン膜、14…シリコン膜基板、15…レーザ
ー照射光、16…入射したレーザー光の最も外側部分と
シリコン膜との交点、17…曲率半径中心、18…反射
光、19…投影面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pressure tank, 2 ... XY stage, 3 ... XY stage controller, 4 ... Personal computer, 5 ... Low voltage generation power supply, 6 ... Regulator, 7 ... Pressure gauge, 8 ...
Voltmeter, 9 laser light, 10 semi-transmissive mirror, 11 one-dimensional photodetector, 12 one-dimensional photodetector controller, 1
Reference numeral 3 denotes a silicon film, 14 denotes a silicon film substrate, 15 denotes a laser irradiation light, 16 denotes an intersection between the outermost portion of the incident laser light and the silicon film, 17 denotes a radius of curvature, 18 denotes reflected light, and 19 denotes a projection surface.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マスクブランクスの薄膜部分の内部応力
を測定する方法であって、薄膜部分に流体を介して圧力
を加え、そのときの薄膜部分の変形量を、当該薄膜に照
射した光線の反射光の広がりを検出することにより測定
し、前記圧力と測定された変形量を使用して、マスクブ
ランクスの薄膜部分の内部応力を測定することを特徴と
するマスクブランクス評価方法。
1. A method for measuring the internal stress of a thin film portion of a mask blank, comprising applying a pressure to the thin film portion via a fluid, and measuring a deformation amount of the thin film portion at that time by a reflection of a light beam applied to the thin film. A method for evaluating a mask blank, characterized in that the measurement is performed by detecting the spread of light, and the internal stress of the thin film portion of the mask blank is measured using the pressure and the measured amount of deformation.
【請求項2】 マスクブランクスの薄膜部分の内部応力
を測定する装置であって、 測定される薄膜部分に所定の複数の圧力を、流体を介
して付加する圧力付加装置と、 付加された圧力を測定する圧力測定装置と 測定される薄膜に光線を照射する光線照射装置と 測定される薄膜で反射された光線の広がりを測定する
反射光分布測定装置と 前記光線の広がりから、測定される薄膜の変形量を算
出する変形量算出手段と、 前記測定された複数の圧力と、そのときの薄膜の変形
量から、測定される薄膜の内部応力を算出する内部応力
算出手段とを有してなることを特徴とするマスクブラン
クス評価装置。
2. An apparatus for measuring the internal stress of a thin film portion of a mask blank, comprising: a pressure applying device for applying a plurality of predetermined pressures to a thin film portion to be measured via a fluid; A pressure measuring device for measuring a light beam irradiating device for irradiating a light beam to the thin film to be measured; a reflected light distribution measuring device for measuring the spread of the light beam reflected by the thin film to be measured; Deformation amount calculation means for calculating the deformation amount, and internal stress calculation means for calculating the internal stress of the thin film to be measured from the plurality of measured pressures and the deformation amount of the thin film at that time. The mask blank evaluation apparatus characterized by the above-mentioned.
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